Kommersiella grödor som druvor, persikor, bär och blomlökar slumrar alla på vintern, sover i huvudsak under säsongens kyla innan de fortsätter att växa, blomning och frukt igen under de varmare månaderna.

En kritisk angelägenhet för kommersiella bönder är att ha en god och synkroniserad trädtillväxt. Problemet i milda vinterklimat är att växter inte får tillräckligt med kylning, och tillväxtupptagningen blir spridd med några knoppar som till och med inte växer. När fruktträdgårdar med vilande träd börjar växa ungefär samtidigt detta gör i allmänhet att ta hand om träd och skörd enklare och billigare - men trädens tillväxt och dess tidpunkt styrs av vintervädernas oförutsägbara vildmarker.

Nu har en grupp forskare från Jazan -universitetet i Saudiarabien upptäckt ett effektivt nytt sätt att kontrollera vilande av druvor och andra fruktväxter, genom att använda högteknologiska plasma för att väcka dem från vinterns sömn.

Arbetet kan hjälpa till att utöka odlingen av fruktgrödor och prydnadsväxter som är infödda till tempererat klimat till delar av världen där vintrarna är mildare, inklusive södra USA, Mexiko, Brasilien, Sydasien, Sydostasien och Mellanöstern. Det kan också mildra problemen med stigande temperaturer på grund av global uppvärmning i vissa delar av världen.

Arbetet utfördes av ett team av forskare bestående av Habib Khemira, en trädgårdsodlare; Zaka-ul-Islam Mujahid, en plasmafysiker; och Taieb Tounekti, en växtfysiolog. "Konstgjorda metoder för att släppa viloläge förväntas bli viktigare inom en snar framtid på grund av global uppvärmning, "sa Mujahid, som kommer att presentera arbetet nästa vecka på American Physical Society 71st Annual Gaseous Electronics Conference och 60:e årliga mötet i APS Division of Plasma Physics, som äger rum 5-9 november på Oregon Convention Center i Portland.

Även om metoden fungerade i laboratoriet, det måste fortfarande testas på fält och visa sig kommersiellt genomförbart och ekonomiskt lönsamt för att gynna livsmedelsproduktion i industriell skala.

Att sova, Perchance till Bud

När den kalla vintern smyger sig mot de ensamma fruktträdgårdarna, grödor känner de längre nätterna och piggare dagarna och anpassar sig genom att bli vilande. Börjar på hösten, de fäller sina löv, bromsa deras metaboliska aktivitet och gå in i ett "sömnigt" tillstånd där de kommer att fortsätta under de kyliga månaderna.

Växter släpps ur sin Jack Frost -slumring av vinterns kyla. De känner kylan, håll koll på kalla dagar under vinterns död, och när nog av de kalla dagarna inträffar, växterna svarar genom att öka sina metaboliska processer som leder till knoppbrott och skottväxt när de varmare dagarna på våren kommer.

Men när växter odlas i milda vinterområden eller klimatet blir varmare, de kanske inte får tillräckligt med kyla för att släppa sina knoppar i tid. Ibland med skumma vädermönster, du hittar blommor, frukt och vilande knoppar alla på samma träd samtidigt. Över en hel fruktträdgård, detta kan orsaka asynkron grödmognad - ett oönskat resultat för jordbrukare eftersom det försvårar verksamhet som skadedjursbekämpning och ökar arbetskostnaderna och sänker avkastningen.

En av utmaningarna för det moderna jordbruket är att hitta sätt att pressa det maximala antalet knoppar på växter att växa, och att bära blomma och frukt samtidigt. Detta skulle motsvara ett större bladområde för att mata den växande frukten, och till en större gröda som kommer att vara redo att plocka samtidigt.

En ny lösning som började med en tillfällig diskussion

Det saudiarabiska laget uppnådde ett nytt sätt att lura plantorna ur viloläge genom att utsätta dem för plasma, som är speciella, varm, joniserade gaser som ibland kallas materiens fjärde tillstånd - bredvid fasta ämnen, vätskor och vanliga gaser. Du kan hitta plasma i blixtnedslag, stjärnkärnor, himmelska auroror och gammaldags neonskyltar.

Forskare använder plasma för allt från att driva fusionstestreaktorer till sterilisering av medicinska implantat. Teamet använde dem specifikt för att behandla vilande druvor.

De fann att exponering för plasma orsakar en oxidativ stress i växten, exakt samma signaler som orsakas av kylan i cellerna i vilande växter som knopparna svarar genom att vakna. Genom att behandla druvknoppar med plasma, forskarna fann att de kunde släppa plantans viloläge - och mycket snabbare än vädret och säkrare än befintliga artificiella metoder, som förlitar sig på att spruta grödorna med kemikalier.

Mujahid sa att arbetet startade från en tillfällig diskussion han hade med sin kollega Khemira, en senior forskare vid Jazan University Center for Environmental Research and Studies. Khemira beskrev sitt arbete med oxidativ stress i druvknoppar, och de upptäckte att ingen någonsin försökt använda plasma för att orsaka oxidativ stress och släppa dem från viloläge. De testade snart tillvägagångssättet, och det fungerade. Taieb analyserade proverna och kom på att plasmabehandlingen verkligen orsakade en oxidativ stress liknande den som uppnås med naturlig kyla och vätekyanamid.

"Några av resultaten från vårt första framgångsrika experiment var fenomenala, och vi kunde inte tro att det var sant, "Sa Mujahid. Även bara några minuters plasmabehandling på knoppar som aldrig såg kallt väder gjorde att växterna kunde uppnå liknande, om inte bättre, knoppbrytning som kontrollväxter som upplevde optimala kalla förhållanden (60 dagars exponering för temperaturer cirka 5 grader Celsius) gjorde.

De testade tillvägagångssättet på olika druvsorter som kommer från olika områden och fann att det fungerade pålitligt för dem alla. Vanligtvis åtgärdar odlare problemet med brist på kylning genom att spraya träd med kemikalier som vätecyanamid. Problemet är att vätecyanamid eller andra kemikalier bara är effektiva om anläggningen säkrar en betydande del av sitt kylbehov från naturlig kyla. Förutom, vätecyanamid är också giftigt för människor, vilda djur och växterna själva. På grund av detta, kemikalien har förbjudits i flera länder, Sa Khemira.

Oavsett om det nya, grönare tillvägagångssätt med hjälp av plasma för att behandla vilande knoppar tar fart beror på ett antal saker, inklusive om det skulle fungera effektivt såväl på fältet som på laboratoriet. Det måste testas på andra grödor än druvor, och kostnaden för utrustningen måste också redovisas.

"Det finns fortfarande mycket arbete för att testa effektiviteten och genomförbarheten, "Sa Mujahid." Vi håller på att ta reda på de rätta parametrarna för att ta det till fältet, men det kan vara i bruk inom bara några år. "

Khemira sa att om de praktiska aspekterna utarbetas och det nya tillvägagångssättet verkligen visar sig kommersiellt gångbart skulle det revolutionera hur vi odlar många grödor. Forskarna har sökt patent på metod och leveranssystem.